Modellierung des Erdsystems und Vorhersagen

Das globale dekadisches Klimavorhersagesystem basierend auf dem MPI-ESM wurde bereits vom Vorgänger unserer Gruppe entwickelt („Dekadische Klimavorhersage – MiKlip“, Marotzke et al, 2016, Hettrich et al 2021) und bildet nun die Grundlage für routinemäßig erstellte Vorhersagen seitens des DWD. Weitergehende Forschung und Systementwicklungen sind jedoch erforderlich, um auch ein wettbewerbsfähiges globales Vorhersagesystem der nächsten Generation zu schaffen, das wie bereits erwähnt auf der hochmodernen ICON-Umgebung basieren wird. Dieser Weg von der Forschung hin zum operationellen Betrieb („research to operation“) wird derzeit von einem Konsortium angeführt bestehend aus Mitgliedern des DWD, der Universität Hamburg und unserem Institut durchgeführt, ergänzt durch weitere Forschung zur regionalen Modellierung (Karlsruher Institut für Technologie) sowie zum Post-Prozessierung (Freie Universität Berlin). Unserer Gruppe liefert die Modellgrundlage für ein solches Vorhersagesystem, das auf Prozessstudien zur Verbesserung der Klimavorhersage zugeschnitten ist. Beispiele sind große Ensemble-Experimente mit einem singulärem Antrieb („single forcing large ensemble experiments“), um die Rolle der Antriebskomponenten für die dekadische Variabilität und Vorhersage zu bewerten. Auch die Rolle der Trägheit des Nordatlantiks für die Beurteilung der Vorhersage-Fähigkeiten über Europa soll hierüber bewertet werden.

Die beobachteten europäischen Sommertemperaturen sind seit den 1990er Jahren um etwa 1,5-2 °C gestiegen und werden aufgrund des Anstiegs der globalen Durchschnittstemperatur voraussichtlich weiter zunehmen. Die interne Variabilität (von Jahren bis zu Jahrzehnten) der europäischen Sommertemperaturen ist jedoch im Vergleich zum beobachteten Temperaturanstieg groß (3-4°C). Dies hat Einfluss auf für Klimavorhersagbarkeit, der Attribution von Extremereignissen oder hat Bedeutung bezüglich der Unterscheidung ihrer Eintrittswahrscheinlichkeiten definiert im Rahmen der im Pariser UNFCCC-Abkommen festgelegten Grenzwerte (Suarez-Gutierrez et al., 2018). Unter Verwendung großer Ensembles von MPI-M-Erdsystemmodellen untersuchen wir die gut belegte interne Variabilität der europäischen Sommertemperaturen und der damit verbundenen Extreme (Suarez-Gutierrez et al., 2020). Darüber hinaus bestimmen wir die Quellen der Variabilität der europäischen Sommertemperaturen auf Zeitskalen von einigen Jahren bis hin zu mehreren Jahrzehnten und ihre wahrscheinliche Vorhersagbarkeit mit Hilfe des dekadischen Vorhersagesystem (Ghosh et al., 2016, Borchert et al., 2019, Müller et al., 2020). Die Untersuchungen der erfassten internen Variabilität der Temperaturen, der damit zusammenhängenden Extreme sowie ihre Aufschlüsselung in dekadische Zeitskalen sind ein wichtiger Schritt zum Verständnis der gesamten Bandbreite der Eintrittswahrscheinlichkeiten europäischer Sommer.